JPH116854A - 電力ケーブルの劣化診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性の高い電力ケーブルの劣化診断方法を
提供すること。 【解決手段】 試料１、標準コンデンサ２に対して、電
源３から少なくとも２種類の電圧値の交流電圧を印加
し、損失電流測定ブリッジ４により試料１に流れる電流
から電源電圧位相より９０°進んだ成分を除去し、得ら
れた損失電流信号を波形解析装置６に入力する。そし
て、印加交流電圧および損失電流に含まれる高調波成分
の上記交流電圧基本波成分に対する重畳位相を測定し、
上記印加交流電圧および損失電流に含まれる高調波成分
の重畳位相を比較するとともに、少なくとも２種類の交
流電圧を印加したときの損失電流に含まれる高調波成分
の重畳位相の変化の程度を測定し、これらの結果から電
力ケーブルの劣化を診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力ケーブル絶縁
体の劣化程度を診断する電力ケーブルの劣化診断方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】絶縁体に架橋ポリエチレンを用いたＣＶ
ケーブルは、水の存在する環境に布設された場合、絶縁
体中に水トリーが発生、進展してケーブルの絶縁性能が
低下する。このような水トリー劣化によるケーブルの絶
縁性能の低下による運転中の絶縁破壊事故を未然に防止
するために、電力ケーブルの劣化の程度を診断すること
は重要である。ＣＶケーブルの水トリー劣化の程度を診
断する方法の一つとして、交流電圧が印加された電力ケ
ーブルの遮蔽導体と対地とを接続する接地線に流れる接
地線電流と、前記電力ケーブルの中心導体と対地との間
に接続された分圧器もしくは標準コンデンサにより得ら
れる信号を用いて、前記接地線電流から印加電圧位相に
対して９０°位相の進んだ容量成分電流を除去して印加
電圧位相と同相の損失電流を検出し、この損失電流中に
含まれる高調波成分を用いて劣化を診断する方法が知ら
れている。

【０００３】水トリー劣化部分の電圧−電流特性は非線
形な特性を示すため、損失電流は単一の周波数（印加電
圧の周波数）以外の複数の周波数成分（高調波成分）を
含み、その波形は歪んだものとなる。これらの高調波成
分は水トリー部分の電圧−電流特性の非線形の程度、つ
まり水トリー劣化の有無およびその程度に応じた信号と
して発生する。この損失電流中の高調波成分を用いた従
来の劣化診断方法には、例えば特開平７−１５１８１号
公報に示されるように、印加電圧基本波成分に対する第
３高調波成分の重畳位相を用いてケーブルの劣化程度を
診断するものがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来方法で
は、ケーブルに加わる電源電圧に元々含まれる高調波成
分により、全く劣化していないケーブルにおいて測定さ
れた損失電流中にも高調波成分が含まれるため、劣化の
程度を判定する際に誤判定を招く危険があった。また、
劣化したケーブルにおいて測定された損失電流中の高調
波成分にも、この電源電圧に元々含まれる高調波成分に
起因した成分が含まれるため、劣化判定の信頼性に影響
を及ぼしていた。本発明の上記した従来技術の問題点を
解決するためになされたものであって、本発明の目的
は、より信頼性の高い電力ケーブルの劣化診断方法を提
供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】劣化したケーブルに単一
の周波数の正弦波電圧を印加した場合、その電流中に高
調波成分が発生する機構は次のように説明することがで
きる。まず、劣化していないケーブル絶縁体の等価回路
は、図２のような容量と抵抗の並列回路で表される。こ
れに単一の周波数（角周波数ω）の電圧Ｖ＝Ｖ₀ sinωt
を印加した場合に測定される損失電流は次の（１）式
のように表され、印加電圧と同一の周波数成分以外は含
まれない。 Ｉ_R ＝（Ｖ₀ ／Ｒ）sin ωt （１）

【０００６】次に、絶縁体中に水トリーが発生した場合
の等価回路は図３に示すように、水トリー部分は非線形
な電気特性を示す容量Ｃa 及び抵抗Ｒａの並列回路で表
され、健全な絶縁体部分は線形な電気特性を示す容量Ｃ
o 、Ｃb および抵抗Ｒo 、Ｒb の並列回路で表される。
つまり、劣化した絶縁体を流れる電流中には、容量Ｃa
、抵抗Ｒa の非線形性の程度と、これに加わる分担電
圧Ｖa により決定される高調波成分が発生する。一方、
印加電圧に高調波成分が含まれている場合を考えると、
まず劣化していないケーブルに次の（２）式に示される
電圧Ｖを印加した場合、測定される損失電流ＩR は
（３）式のように表され、高調波成分を含んだものとな
る。

【０００７】

【数１】

【０００８】このため、損失電流中の高調波成分の印加
電圧基本波に対する重畳位相を用いてケーブルの劣化を
判定しようとすると、本来劣化していないケーブルに対
して劣化があるとする誤診断を招く危険性がある。しか
し、上記（３）式に示した通り、この時測定される損失
電流中の高調波成分の重畳位相は電源電圧に含まれる高
調波成分の重畳位相と理論上同位相であり、これを利用
して誤診断を回避することが可能となる。つまり、対象
のケーブルの損失電流中の高調波成分の重畳位相を測定
する際に、電源電圧に含まれる高調波成分の重畳位相も
同時に測定し、測定されたケーブルの損失電流中の高調
波成分の重畳位相が電源電圧に含まれる高調波成分の重
畳位相と同程度であった場合には、対象ケーブルは劣化
してしないと判断できる。

【０００９】次に、劣化したケーブルに対して高調波成
分を含む電源電圧を用いて損失電流中の高調波成分を測
定する場合には、水トリー部分の非線形特性により発生
する損失電流中の高調波成分と、電源電圧に含まれる高
調波成分に起因した成分が混在して測定されるため、正
確な劣化判定が行えなくなる危険性がある。しかし、電
源電圧に含まれる高調波成分に起因した成分の場合は、
その重畳位相が電源電圧の大きさに依存しないのに対
し、水トリー部分の非線形特性により発生する損失電流
中の高調波成分は、図３に示したように、水トリー部分
の容量Ｃa 及びＲa の非線形特性の程度と、これに加わ
る分担電圧Ｖa により決定されることから、印加電圧の
大きさにより分担電圧Ｖa とＶb の電圧分担比が変わる
ために発生する高調波成分の重畳位相は変化する。

【００１０】この変化の程度は水トリー劣化の程度に比
例している。つまり、対象とするケーブルに対して複数
の印加電圧にて損失電流中の高調波成分の重畳位相を測
定し、その変化の程度を用いることにより、正確に劣化
の程度を診断することが可能となる。以上に述べたこと
は理論上どの高調波成分についても言えることである
が、実用的には、高調波成分のうちで最も大きい第３高
調波成分を用いることで十分である。また、水トリー劣
化により発生する損失電流中の第３高調波成分に限って
言えば、絶縁体の劣化進行にともないその重畳位相は−
６０°から＋６０°へ推移する。

【００１１】本発明は上記点に着目してなされたもので
あって、交流電圧が印加された電力ケーブルの遮蔽導体
と対地とを接続する接地線に流れる接地線電流から上記
印加電圧位相に対して９０°位相が進んだ容量成分を除
去して、損失電流成分を検出し、この損失電流中に含ま
れる高調波成分を用いて電力ケーブルの劣化を診断する
電力ケーブルの劣化診断方法において、少なくとも２種
類の電圧値の交流電圧を電力ケーブルに印加し、該交流
電圧、および、該交流電圧を印加したときに得られた損
失電流に含まれる高調波成分の上記交流電圧基本波成分
に対する重畳位相を測定する。そして、上記印加交流電
圧および損失電流に含まれる高調波を比較するととも
に、上記少なくとも２種類の交流電圧を印加したときの
損失電流に含まれる高調波成分の重畳位相の変化の程度
を測定し、これらの結果から電力ケーブルの劣化を診断
する。

【００１２】本発明においては、上記のように印加交流
電圧および損失電流に含まれる高調波を比較しているの
で、印加交流電圧に高調波成分が含まれている場合であ
っても、劣化していないケーブルを劣化していると誤診
断することがない。また、少なくとも２種類の交流電圧
を印加したときの損失電流に含まれる高調波成分の重畳
位相の変化の程度を測定しているので、ケーブルが劣化
している際、変化の程度から正確に劣化の程度を診断す
ることができる。

【００１３】

【発明の実施形態】以下、本発明の実施例について説明
する。本発明の実施例では、所望の水トリー劣化状態を
作りやすく、かつ、それらと測定値との関係を評価しや
すい試料として、ＣＶケーブル絶縁体に用いられる架橋
ポリエチレンを厚さ０．５ｍｍのシート状に加工したも
のに水トリーを意図的に発生させたものを用いて測定し
た例について説明する。試料としては、次の３種類を用
意した。 試料Ａ：全く劣化してないシート 試料Ｂ：水トリーがシート厚の３０％程度まで進展
したシート 試料Ｃ：水トリーがシート厚の７０％程度まで進展
したシート

【００１４】本実施例においては、図１に示す測定回路
を用いて測定を行った。図１において、１は上記した試
料、２は標準コンデンサであり、試料１、標準コンデン
サ２および分圧器５に対して、電源３から４００Ｖ，７
００Ｖ，１０００Ｖの３種類の電圧値の交流電圧を印加
した。そして、試料１及び標準コンデンサ２のそれぞれ
に流れる電流を損失電流測定ブリッジ４に入力し、試料
１に流れる電流から電源電圧位相より９０°進んだ成分
を除去し、得られた損失電流信号を波形解析装置６に入
力した。一方、分圧器５からの電源電圧信号を同時に波
形解析装置６に入力し、波形解析装置６において、入力
された電源電圧信号と損失電流信号からそれぞれの高調
波成分の電源電圧基本波に対する重畳位相を求めた。

【００１５】（１）実施例１ 上記各電圧において、試料Ａ〜Ｃに対して損失電流中の
第３高調波成分の重畳位相を測定した結果を表１及び図
４に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】印加した電源電圧に含まれる高調波成分で
は、第３高調波が最も多く、基本波に対して１％の含有
率であり、第５高調波が０．５％、第７高調波が０．２
％であり、その他は０．１％以下であった。また、電源
電圧の第３高調波成分の重畳位相はいずれの場合におい
ても−５５°程度で同レベルであった。表１、図４に示
すように、全く劣化していない試料Ａについては、損失
電流中の第３高調波成分の重畳位相はいずれの印加電圧
においても−５４°前後であり、電源電圧の第３高調波
成分の重畳位相と同レベルであった。この測定結果か
ら、試料Ａが間違いなく劣化していないことが判定でき
る。試料Ｂについては、表１、図４に示すように印加電
圧４００Ｖの結果だけ見ると、損失電流中の第３高調波
成分の重畳位相が試料Ａとほぼ同程度である。このた
め、劣化してないと判断して誤判定を招く危険性があ
る。

【００１８】しかし、印加電圧７００Ｖ、１０００Ｖの
結果を合わせて判断すると、損失電流中の第３高調波成
分の重畳位相が印加電圧の増加とともに増加しているこ
とが確認できるため、試料Ａとの区別がついて劣化した
試料であると判定することができる。試料Ｃについても
上記と同様に、印加電圧の増加に対する損失電流中の第
３高調波成分の重畳位相の増加傾向を確認することがで
き、さらに試料Ｂよりもその値及び増加率が多いことよ
り試料Ｂより試料Ｃの方が劣化の程度が大きいと確実に
判断することができる。

【００１９】（２）実施例２ 実施例１とは異なり電源電圧として、含まれる第３高調
波成分の重畳位相が−３９°程度のものを用いて、実施
例１と同じ試料および同じ測定方法により測定を行っ
た。また、この電源電圧に含まれる高調波成分の含有率
は実施例１と同程度であった。本実施例における測定結
果を表２及び図５に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】第３高調波成分の重畳位相が−３９°程度
の場合、印加電圧４００Ｖ、７００Ｖ、１０００Ｖそれ
ぞれ一種類の印加電圧値における損失電流中の高調波成
分の重畳位相の測定結果だけで劣化を判断しようとする
と、上記表１、図５に示すように、例えば４００Ｖの場
合では劣化程度が、〔試料Ｂ〕＜〔試料Ｃ〕＜〔試料
Ａ〕の順に大きくなるとの誤判定を招き、また、例えば
７００Ｖの場合では、劣化程度が〔試料Ｂ〕＜〔試料
Ａ〕＜〔試料Ｃ〕の順に大きくなるとの誤判定を招く。
ただ、１０００Ｖの場合についてのみ、〔試料Ａ〕＜
〔試料Ｂ〕＜〔試料Ｃ〕の順に劣化程度が大きくなると
いう正確な判定をできることとなる。

【００２２】これに対し、本発明の劣化診断方法に従っ
て、電源電圧の高調波成分の重畳位相と損失電流中の第
３高調波成分の重畳位相との比較、及び複数の印加電圧
値における損失電流中の第３高調波成分の重畳位相の変
化の程度で判断すると、次のようになる。まず、試料Ａ
については損失電流中の第３高調波成分の重畳位相が電
源電圧の高調波成分の重畳位相と同レベルであり、かつ
印加電圧の増加に対してほとんど増加傾向を示していな
いことから、劣化していないと正確に判定できる。試料
Ｂ及び試料Ｃについては、損失電流中の第３高調波成分
の重畳位相が印加電圧の増加に対して増加傾向を示して
いることから、劣化していると判定できる。さらに、そ
の増加傾向が試料Ｃの方が大きいことから、試料Ｂより
も試料Ｃの方が劣化の程度が大きいことも正確に判定で
きる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、ケーブル絶縁体に
流れる損失電流中の高調波成分の印加電圧基本波成分に
対する重畳位相を用いてケーブルの劣化を診断する際、
だた一つの印加電圧値における測定だけでは電源電圧に
含まれる高調波成分の影響により誤判定を招く危険性が
あるが、本発明のように、電源電圧の高調波成分の重畳
位相と損失電流中の第３高調波成分の重畳位相との比
較、および、複数の印加電圧値に対する損失電流中の第
３高調波成分の重畳位相の変化の程度で劣化の診断をす
ることにより、誤判定をすることなく正確にケーブル絶
縁体の劣化の程度を判定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する場合に使用した測定回路の一
例を示す図である。

【図２】劣化していない絶縁体の等価回路を示す図であ
る。

【図３】水トリー劣化した絶縁体の等価回路を示す図で
ある。

【図４】印加電圧に対する第３高調波成分の重畳位相の
変化を示す図（その１）である。

【図５】印加電圧に対する第３高調波成分の重畳位相の
変化を示す図（その２）である。

【符号の説明】

１ 試料 ２ 標準コンデンサ ４ 損失電流測定ブリッジ ５ 分圧器 ６ 波形解析装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧が印加された電力ケーブルの遮
   蔽導体と対地とを接続する接地線に流れる接地線電流か
   ら上記印加電圧位相に対して９０°位相が進んだ容量成
   分を除去して損失電流成分を検出し、 この損失電流中に含まれる高調波成分を用いて電力ケー
   ブルの劣化を診断する電力ケーブルの劣化診断方法にお
   いて、 少なくとも２種類の電圧値の交流電圧を電力ケーブルに
   印加し、該交流電圧、および、該交流電圧を印加したと
   きに得られた損失電流に含まれる高調波成分の上記交流
   電圧基本波成分に対する重畳位相を測定し、 上記印加交流電圧および損失電流に含まれる高調波成分
   の重畳位相を比較するとともに、上記少なくとも２種類
   の交流電圧を印加したときの損失電流に含まれる高調波
   成分の重畳位相の変化の程度を測定し、これらの結果か
   ら電力ケーブルの劣化を診断することを特徴とする電力
   ケーブルの劣化診断方法。